Noções básicas de rede

Após muitos anos de utilização de soluções baseadas na topologia dos autocarros como meio de transmissão, verifica-se que esta solução já não é suficientemente eficiente. O rápido crescimento da rede levou a exigências de largura de banda e fiabilidade cada vez maiores por parte dos utilizadores. Em vez de cabos coaxiais, são amplamente utilizados cabos de par trançado, cabos UTP e novas topologias. Apareceram topologias em estrela, as mesmas utilizadas atualmente, mas utilizando hubs em vez de switches como ponto central da rede. Ninguém tinha ouvido falar de comutadores nessa altura.

A utilização de hubs melhorou em certa medida o desempenho das redes informáticas, mas rapidamente se tornou evidente que esta solução também não era a ideal. A característica básica de um hub é que transmite dados a todos os dispositivos a ele ligados. Funciona desta forma, que um computador que queira enviar dados para outro dispositivo efetue esta comunicação através do centro. Este último, por outro lado, não é tão inteligente a ponto de transferir dados para o dispositivo apropriado, simplesmente envia dados para todos os que a ele estão ligados.

Apenas os dispositivos para os quais os dados são enviados analisam o endereçamento para determinar se são destinatários. Se não forem destinatários, ignoram os dados, e se o forem, interpretam-nos.

Este tipo de solução significa que embora a topologia física seja uma topologia em estrela, é logicamente semelhante à utilizada na geração anterior de Ethernet. Também aqui é utilizado um método de acesso por link baseado em CSMA/CD, que se tornou ineficiente devido ao rápido crescimento da rede. Além disso, cada hub cria um chamado domínio de colisão.

Quanto mais dispositivos estiverem ligados ao centro, maior será o domínio da colisão, e quanto maior o domínio da colisão, maior a probabilidade de colisões, limitando a produção e criando requisitos para retransmissões frequentes de dados. Mais colisões não são o único problema associado à utilização de hubs. Outras desvantagens de tais dispositivos incluem a escalabilidade limitada e o aumento dos atrasos na transmissão de dados, entre outras coisas devido aos choques acima mencionados.

Os esforços para resolver os pontos fracos da Ethernet baseada em hubs continuaram ao longo dos anos até à invenção de um dispositivo de rede inteligente chamado switch, que resolvia os problemas que flagelavam as versões anteriores da Ethernet.

Os interruptores nas redes informáticas ainda hoje existem e não há qualquer indicação de que isto venha a mudar em breve. Porque é que estes dispositivos são tão populares e porque são tão inteligentes? Bem, ao contrário de um hub, um comutador não envia dados para todos os dispositivos ligados a ele, mas apenas para o dispositivo específico ao qual os dados se destinam, contornando obviamente a transmissão, como a transmissão ARP discutida anteriormente. Existe uma topologia lógica ponto-a-ponto entre a porta de comutação à qual o dispositivo está ligado e o próprio dispositivo. Os dados enviados para um determinado dispositivo são-lhe enviados e apenas a ele.

A utilização de um interruptor elimina quase completamente o risco de colisões, uma vez que os dispositivos não têm de competir entre si pelo acesso ao meio. Ao mesmo tempo, o tamanho do domínio da colisão é limitado, uma vez que tal domínio consiste apenas nas portas do interruptor e nos dispositivos a ele ligados. Há muitas mais vantagens dos interruptores. Cada dispositivo ligado a uma porta de comutador tem uma largura de banda dedicada disponível.

Por exemplo, se um switch oferecer uma taxa de transferência de 100 Mbps, esta largura de banda estará disponível para cada dispositivo ligado a ele.

Com um hub, esta largura de banda é partilhada entre todos os dispositivos. Utilizando um comutador, os dados também podem ser transmitidos em modo full-duplex, o que significa que os dispositivos ligados a ele podem receber e enviar dados em simultâneo.

Existem várias versões da norma Ethernet em uso hoje em dia. A mais popular destas é a norma que oferece rendimentos nominais até 100 Mbps, conhecida como norma FastEthernet. A transmissão neste padrão é feita sobre apenas 2 pares de cobre em vez de 4 pares torcidos. É uma solução comum utilizada em muitas redes informáticas.

Na maioria dos casos, satisfaz os requisitos das redes informáticas.

A norma Gigabit Ethernet pode ser utilizada quando a procura de largura de banda da rede aumenta com a quantidade de dados a ser transmitida. Nominalmente, fornece uma taxa de transmissão de 1 Gbps. Se for utilizada a norma 1000BASE-T, todos os cabos de cobre de par trançado são utilizados para a transmissão. Esta versão de Ethernet é utilizada por grandes redes locais que utilizam comunicação.

Usando a norma Ethernet, os dados também podem ser transmitidos através de ligações de fibra ótica, caso em que a norma Gigabit Ethernet é chamada 1000BASE-SX ou LX. Existem também normas Ethernet que fornecem comunicação a 10 ou mesmo 100 Gbps. São principalmente utilizadas em redes metropolitanas e de área ampla porque são muito, muito dispendiosas de implementar e poucas pessoas podem dar-se ao luxo de utilizar este tipo de solução numa rede local. A tabela abaixo mostra as versões mais populares das normas Ethernet e o meio de transmissão que elas utilizam:

Os comutadores descritos acima utilizam endereços MAC para transferir dados entre dispositivos ligados às portas dos comutadores. Cada comutador tem algo chamado tabela de endereços MAC. Isto nada mais é do que uma recolha de informação que determina qual o dispositivo,

Na realidade, qual o endereço MAC de um dispositivo está ligado a uma determinada porta.

As entradas em tal tabela são acrescentadas dinamicamente e não pelo administrador. O interruptor recupera a informação armazenada na tabela durante o processo de aprendizagem. A partir de um frame recebido, o comutador lê o endereço MAC de origem e adiciona-o à sua tabela, atribuindo o número da porta em que recebeu o frame. Por sua vez, se não souber para quem enviar tal frame porque não há entrada para o endereço MAC do destinatário na tabela, ocorre um processo chamado flooding.

Isto pode ser comparado à radiodifusão, uma vez que a moldura é enviada para todos os dispositivos exceto o remetente. O dispositivo ao qual o frame não é endereçado descarta-o, enquanto o dispositivo recetor responde e envia o frame para o interruptor. O comutador lê o endereço MAC do remetente a partir do frame e armazena-o na sua tabela. Todo o processo de aprendizagem e inundação é mostrado no vídeo tutorial. Moldura Ethernet

Uma vez que a norma Ethernet funciona na segunda camada do modelo OSI, pode adivinhar, que também cria as suas próprias estruturas. Claro que sim, a Ethernet encapsula a sua própria moldura, chamada moldura Ethernet. Pode ver uma moldura de exemplo abaixo:

·         O endereço MAC alvo, que é o endereço físico do destinatário da moldura;

·         O endereço MAC de origem, que é o endereço físico do anfitrião de envio;

·         Comprimento/Tipo - O campo comprimento especifica o tamanho do quadro, enquanto o tipo especifica o protocolo utilizado pelas camadas superiores, sendo o mais comum o IPv4;

·         Dados - este é o pacote recebido da camada de rede. O tamanho mínimo deste campo deve ser de 46 bytes e o tamanho máximo deve ser de 1500 bytes. Se o pacote for menor que 46 bytes, é suplementado com dados aleatórios para aumentar o tamanho de todo o quadro para o mínimo exigido, ou seja, um máximo de 64 bytes.

·         Frame check code - campo contendo frame checksum, utilizado para detetar possíveis erros de frame. O dispositivo que envia os dados calcula a soma de controlo e coloca-a na moldura, o recetor de dados também calcula a soma de controlo após a receção dos dados; se ambas as somas de controlo estiverem corretas, a moldura é aceite, se forem diferentes, a moldura é considerada danificada e rejeitada.

O tamanho total da moldura pode ir até 1518 bytes (o preâmbulo e o início do sinal da moldura não são tidos em conta ao calcular o tamanho da moldura).

Existe também uma estrutura Ethernet moldura com um comprimento máximo de 1522 bytes. Estas molduras são utilizadas em LANs virtuais, nas chamadas VLANs.